Waterhemp puede reducir significativamente los rendimientos de maíz y soja, como se ve en un campo de maíz en el condado de Essex. Crédito: Julia Krener, Universidad de Columbia Británica

Una nueva investigación ha descubierto que la agricultura provoca cambios evolutivos rápidos no solo en las granjas sino también en las especies silvestres de las áreas cercanas.

Un equipo internacional de investigadores Universidad de Columbia Britanica Descubra cómo la expansión de la agricultura moderna ha convertido una planta nativa de América del Norte, la planta acuática común, en una mala hierba agrícola.

El estudio publicado en Ciencias, comparando 187 especímenes de Waterhemp de granjas contemporáneas y humedales adyacentes con más de 100 especímenes históricos que datan de 1820 que se almacenan en museos de América del Norte. Al analizar la composición genética de las plantas durante los últimos dos siglos, los investigadores han podido observar la evolución en acción en diferentes entornos, de manera muy similar a cómo el estudio de los restos humanos y neandertales puede revelar información clave sobre la historia humana.

Espécimen de maleza acuática de 155 años del Herbarium of the Missouri Botanical Garden. Crédito: Julia Krener, Universidad de Columbia Británica

«Las variantes genéticas que ayudan a las plantas a funcionar bien en los entornos agrícolas modernos han aumentado a altas frecuencias con una velocidad notable desde la intensificación agrícola en la década de 1960», dijo la primera autora, la Dra. Julia Kreiner, investigadora postdoctoral en el Departamento de Botánica de la Universidad de Columbia Británica.

Los investigadores han descubierto cientos de genes en el genoma de la maleza que ayudan a su éxito en las granjas, con mutaciones en los genes asociados con la tolerancia a la sequía, el crecimiento rápido y la resistencia a los herbicidas que se observan con frecuencia. «Los tipos de cambios que forzamos en los entornos agrícolas son tan poderosos que tienen consecuencias en los hábitats vecinos que consideramos naturales», dijo el Dr. Kreiner.

La autora principal, la Dra. Julia Krener, realiza extracciones de ADN de muestras históricas de herbario en el Antiguo Laboratorio de ADN en Tübingen, Alemania. Crédito: Julia Krener, Universidad de Columbia Británica

Los hallazgos podrían beneficiar los esfuerzos de conservación para preservar áreas naturales en paisajes dominados por la agricultura. Reducir el flujo de genes de los sitios agrícolas y seleccionar más poblaciones naturales aisladas para su protección puede ayudar a reducir el impacto evolutivo de las granjas.

El lirio de agua común es originario de América del Norte y no siempre ha sido una planta problemática. Sin embargo, en los últimos años, se ha vuelto casi imposible erradicar las malas hierbas de las granjas gracias a las adaptaciones genéticas, incluida la resistencia a los herbicidas.

Dijo el coautor Dr. Columbia Británica. «El cáñamo acuático básicamente ha evolucionado para ser más una mala hierba debido a la fuerza con la que fue seleccionada para prosperar junto con las actividades agrícolas humanas».

Waterhemp se encuentra en su hábitat natural, la consolidación arenosa de un lago en el sur de Illinois. Crédito: Julia Krener, Universidad de Columbia Británica

En particular, cinco de las siete mutaciones de resistencia a herbicidas encontradas en las muestras actuales estaban ausentes en las muestras históricas. “Las granjas modernas imponen un poderoso filtro que identifica las especies de plantas y las mutaciones que pueden persistir en el tiempo”, dijo el Dr. Kreiner. “Al secuenciar los genes de las plantas, los herbicidas se han convertido en uno de los filtros agrícolas más poderosos que determinan qué plantas sobreviven y cuáles mueren”.

Waterhemp que lleva cualquiera de las siete mutaciones resistentes a los herbicidas ha producido un promedio de 1,2 veces más descendientes supervivientes anualmente desde 1960 que las plantas sin las mutaciones.

También se han detectado mutantes resistentes a herbicidas en hábitats naturales, aunque con menor frecuencia, lo que plantea interrogantes sobre los costos de estas adaptaciones a la vida vegetal en entornos no agrícolas. «En ausencia de aplicaciones de herbicidas, la resistencia puede ser costosa para la planta, por lo que los cambios que ocurren en las plantaciones afectan la aptitud de la planta en la naturaleza», dijo el Dr. Kreiner.

Las prácticas agrícolas también se han remodelado donde se encuentran variantes genéticas particulares en los paisajes. En los últimos 60 años, una variedad de malezas en el suroeste ha avanzado cada vez más hacia el este en América del Norte, propagando sus genes a las poblaciones locales como resultado de su ventaja competitiva en contextos agrícolas.

«Estos hallazgos resaltan el enorme potencial de estudiar genomas históricos para comprender la adaptación de las plantas en escalas de tiempo cortas», dice el Dr. Stephen Wright, coautor y profesor de Ecología y Biología Evolutiva en la Universidad de Toronto. «Extender esta investigación a través de escalas y especies ampliará nuestra comprensión de cómo la agricultura y el cambio climático impulsan la rápida evolución de las plantas».

Según el profesor John Stinchcombe de la Universidad de Toronto, coautor del estudio, «comprender el destino de estas variantes y cómo afectan a las plantas en poblaciones ‘salvajes’ no agrícolas es un próximo paso importante para nuestro trabajo».

Referencia: “Adaptación rápida de malezas y expansión del rango en respuesta a la agricultura durante los dos últimos siglos” por Julia M. Wright, 8 de diciembre de 2022, disponible aquí. Ciencias.
DOI: 10.1126/ciencia.abo7293